Light-to-electricity nanodevice reveals how Earth's oldest surviving cyanobacteria worked

由伦敦玛丽女王大学的塔奈·卡多纳博士领导的团队，聚焦于从巴拿马角苔菌（Anthocerotibacter panamensis）中提纯的光系统I（PSI）。该分子复合物可将光能转化为电能，而巴拿马角苔菌作为新近发现的物种，代表了一支约30亿年前从所有其他蓝细菌分化出来的古老谱系。值得注意的是，这个活化石几乎没有近缘物种，其已知最近的演化"姐妹"种已于约14亿年前分道扬镳。

本研究第一作者、台湾大学的何明阳博士表示："我们无法穿越30亿年去观察地球上的蓝细菌。这就是为什么早期分化的巴拿马角苔菌如此关键——它让我们得以窥见远古时期发生的事件。"

绝大多数蓝细菌以及所有藻类和植物，都将光合作用机制封装在称为类囊体的堆叠膜层中——可将其想象为多层太阳能板。而巴拿马角苔菌缺乏类囊体，其整个光合作用系统都局限在单层膜结构中。这种限制导致光合效率低下，因此这些无类囊体的蓝细菌在实验室中生长缓慢且仅能耐受弱光环境。

威斯康星大学麦迪逊分校的合作研究者克里斯托弗·吉斯瑞尔博士补充道："掌握PSI的结构后，我们可以与其他物种进行比对，从而分辨哪些特征是远古遗留，哪些是近期演化的创新。"

团队发现，尽管蛋白质序列如其他细菌般发生了漂变，但PSI的结构几乎未改变：三个PSI单元以三叶草构型结合，共同承载300多个吸光色素（如叶绿素和类胡萝卜素）。

塔奈·卡多纳博士总结道："即使在30亿年前，光合作用似乎已达到惊人的复杂程度。要探寻产氧光合作用的真正起源，我们必须追溯更久远的年代——早于蓝细菌自身演化的时期。"

本研究由台湾科技部、美国国立卫生研究院（NIH）、美国能源部及英国研究与创新署（UKRI）共同资助。